چاپ سه‌بعدی انقلاب کرد: دستگاهی که اینترنت 6G رو متحول می‌کنه!

ساخت دستگاهی نوین برای تولید پرتوهای نور تاب‌خورده با انرژی زاویه‌ای مداری

پژوهشگران اخیراً دستگاهی رو طراحی کردن که با استفاده از چاپ سه‌بعدی، میتونه پرتوهای نوری پیچشی یا همون تاب‌خورده رو با انرژی زاویه‌ای مداری (OAM) تولید کنه. این نوع از انرژی چرخشی این قابلیت رو داره که اطلاعات بیشتری رو نسبت به پرتوهای معمولی انتقال بده. تولیدکننده‌های پرتوهای گردابی که هم کارآمد باشن، هم جمع‌وجور و هزینه‌ی کمی داشته باشن، میتونن به افزایش ظرفیت و اعتمادپذیری سیستم‌های بی‌سیم آینده خیلی کمک کنن.

جیانشینگ لی، که سرپرست تیم تحقیقاتی از دانشگاه جیائوتونگ شی‌آن در چین هست، میگه: «نیاز روزافزون به سیستم‌های ارتباطی با ظرفیت بالا و مقاوم در برابر تداخل، به‌خصوص توی کاربردهایی مثل شبکه‌های بی‌سیم 5G و 6G، راه‌حل‌های نوآورانه‌ای رو می‌طلبه.» اون اضافه میکنه: «با اینکه پرتوهای گردابی حامل OAM به‌طور بالقوه میتونن بازده طیفی و ظرفیت ارتباطی رو بالا ببرن، روش‌های فعلی برای تولید این پرتوها، مشکلاتی مثل راندمان پایین، هزینه‌های بالای ساخت و آسیب‌پذیری در برابر تداخل از باندهای فرکانسی نامطلوب، رو دارن.»

ایجاد پرتوهای گردابی با استفاده از چاپ سه‌بعدی

تو شماره‌ی Optics Express که از انتشارات Optica منتشر شده، محققان توضیح میدن که چطور از چاپ سه‌بعدی برای ساخت یک تولیدکننده‌ی پرتو OAM استفاده کردن که میتونه مثل یک سیستم آنتن پیشرفته برای ارتباطات بی‌سیم امروزی عمل کنه. این دستگاه، پرتوهای گردابی با ظرفیت بالا تولید می‌کنه و یه فیلتر تقویت‌کننده یکپارچه هم داره که سیگنال‌های موردنظر رو تقویت می‌کنه و همزمان تداخل رو مسدود می‌کنه تا یه انتقال شفاف و کارآمد تضمین بشه.

یوانکسی کائو، نویسنده‌ی مسئول این مقاله، گفت: «تولیدکننده‌ی پرتو OAM ما، به‌خصوص برای ارتباطات بی‌سیم 5G و 6G و همینطور حسگری و تصویربرداری از راه دور، خیلی مناسبه.» اون ادامه میده: «برای مثال، اگه این دستگاه توی دکل‌های مخابراتی استفاده بشه، می‌تونه به بهبود پوشش و اتصال اینترنت توی جاهای شلوغ مثل فستیوال‌های موسیقی یا رویدادهای ورزشی خیلی کمک کنه؛ جاهایی که ازدحام زیاد کاربران معمولاً شبکه‌های موجود رو تحت فشار قرار میده و باعث افت سرعت و قطع ارتباط میشه.»

فیلتر سیگنال یکپارچه

تولیدکننده‌ی پرتو OAM جدید که با چاپ سه‌بعدی ساخته شده، از یک تقسیم‌کننده‌ی توان فیلتر تقویت‌کننده‌ی یکپارچه استفاده می‌کنه تا سیگنال رو به‌طور یکنواخت تقسیم کنه و در عین حال، فرکانس‌های ناخواسته رو هم فیلتر کنه. این کار تداخل رو به حداقل می‌رسونه و نیاز به قطعات خارجی اضافه رو کم می‌کنه.

تحقیقات تازه در زمینه‌ی تولید پرتوهای وورتکس

محققان برای جلوگیری از اتلاف انرژی، از یک ساختار تمام فلزی پر از هوا استفاده کردن که این موضوع باعث افزایش بازده تابشی و ظرفیت بالای توان میشه. دستگاه اول یه سیگنال ورودی رو به هشت قسمت مساوی تقسیم می‌کنه و بعدش از یه تقسیم‌کننده‌ی توان داخلی برای فیلتر کردن فرکانس‌های اضافه‌تر استفاده می‌کنه. بعد از اون، هر سیگنال از یک مسیر ویژه‌ای عبور می‌کنه که فازش رو تنظیم می‌کنه تا تراز دقیقی برای ایجاد پرتو وورتکس به دست بیاد. در نهایت، سیگنال‌ها از طریق یه آرایه‌ی دایره‌ای از آنتن‌ها منتقل میشن تا پرتوی وورتکس با ویژگی‌های مورد نظر تولید بشه.

ساخت و آزمایش

بعد از انجام شبیه‌سازی‌های پیشرفته برای تنظیم دقیق تقسیم‌کننده‌ی توان فیلترکننده به منظور انتقال سیگنال در باند و سرکوب مؤثر سیگنال‌های خارج از باند، محققان از فناوری ذوب لیزری انتخابی برای چاپ سه‌بعدی یه نمونه‌ی اولیه با استفاده از آلیاژ آلومینیوم که به دقت بالا و سطح زبر کم معروفه، استفاده کردن. کائو گفت: «ما دستگاه رو به‌صورت یک ساختار یکپارچه با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی ذوب لیزری انتخابی ساختیم.» و اضافه کرد: «این کار نیاز به مونتاژ رو از بین می‌بره، هزینه‌های تولید رو کم می‌کنه و تراز دقیق قطعات رو تضمین می‌کنه که همه‌ی اینا برای کاربردهای فرکانس بالا خیلی مهمن.»

آزمایش‌های عملی تأیید کردن که نمونه‌ی اولیه‌ی دستگاه، ویژگی‌های پرتو موردنظر رو با خلوص مد حدود 80% به‌دست آورده. همچنین این دستگاه سرکوب بالایی از سیگنال‌های خارج از باند نشون داد که از 30 دسی‌بل هم فراتر میره، و این موضوع به‌شکل قابل‌توجهی تداخل رو کم می‌کنه و انتقال سیگنال پاک رو تضمین می‌کنه.

پیشرفت‌های آینده

محققان در حال حاضر دارن تلاش می‌کنن تا عملکرد تولیدکننده‌ی پرتو OAM رو با بهتر کردن بهره‌وری، راندمان و فیلتر کردن سیگنال، ارتقا بدن. اونها همچنین می‌خوان با بررسی تولید چند حالته‌ی OAM و آزمایشش توی دامنه‌های فرکانسی وسیع‌تر مثل ارتباطات ترابرد، محدوده‌ی کاربردهای این فناوری رو گسترش بدن. محققان اشاره می‌کنن که تجاری‌سازی این دستگاه نیاز به بهینه‌سازی چاپ سه‌بعدی برای مقیاس‌پذیری، ادغام با سیستم‌های موجود، اطمینان از تطابق با قوانین و تأیید عملکرد توی کاربردهای واقعی مثل 5G و ارتباطات ماهواره‌ای داره.